直流稳压电源

第12章直流稳压电源 第12章直流稳压电源 12 4晶闸管及可控整流电路 12 1整流电路 12 2滤波器 12 3直流稳压电源 下图是半导体直流电源的原理方框图 它表示把交流电变换为直流电的过程 交流电源 负载 图中各环节的功能如下 1 整流变压器 将交流电源电压变换为符合整流需要的电压 2 整流电路 将交流电压变换为单向脉动电压 整流电路中最常用的是单相桥式整流电路它由四个二极管D1 D4接成电桥的形式构成 12 1整流电路 3 滤波器 减小整流电压的脉动程度 4 稳压环节 在交流电源电压波动或负载变动时 使直流输出电压稳定 为符合整流需要的电压 RL io 工作原理 在u的正半周 D1和D3导通 D2和D4截止 相当于开路 电流的通路如图中红色箭头所示 D4 D3 D2 D1 u uo RL D4 D3 D2 io D1 在u的负半周 D2和D4导通 D1和D3截止 相当于开路 电流的通路如图中绿色箭头所示 u uo 在一个周期内 通过电阻的电流方向相同 在负载上得到的是全波整流电压uo t o t o t o t o 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uD1 uD3 uD4 uD2 uO u uD iO 由于二极管的正向压降很小 因此可认为uO的波形和u的正半波是相同的 输出电压的平均值为 式中U是变压器副方交流电压u的有效值 截止管所承受的最高反向电压为 右图是单相桥式整流电路的简化画法 例12 1 1 已知负载电阻RL 80 负载电压UO 110V 今采用单相桥式整流电路 交流电源电压为380V 1 如何选用晶体二极管 2 求整流变压器的变比及容量 解 1 负载电流 每个二极管通过的平均电流 变压器副边电压的有效值为 考虑到变压器副绕组及管子上的压降 变压器副边的电压大约要高出10 即122 1 1 134V 于是 因此可选用2CZ55E晶体二极管 其最大整流电流为1A 反向工作峰值电压为300V 2 变压器的变比及容量 变压器的变比 变压器副边电流的有效值为 变压器的容量为 可选用BK300 300V A 380 134V的变压器 电容充电 电容放电 二极管导通时给电容充电 二极管截止时电容向负载放电 12 2 1电容滤波器 C滤波器 电容滤波器的组成和工作原理 RL D1 D4 D3 D2 io 滤波后输出电压uo的波形变得平缓 平均值提高 12 2滤波器 uo uc u 经C滤波后uO的波形 t uO 0 2 可见放电时间常数 RLC越大 脉动越小 输出电压平均值越高 一般要求 式中T是uO的周期 这时 UO 1 2U 例12 1 1 有一单相桥式电容滤波整流电路 已知交流电源频率f 50Hz 负载电阻RL 200 要求直流输出电压UO 30V 选择整流二极管及滤波电容器 解 1 选择整流二极管 流过二极管的电流 取UO 1 2U 所以变压器副边电压的有效值 二极管所承受的最高反向电压 因此可选用2CZ52B型二极管 其最大整流电流为100mA 反向工作峰值电压为50V 2 选择滤波电容器 选用C 250 F 耐压为50V的极性电容器 RL u 12 2 2电感电容滤波器 LC滤波器 当通过电感线圈的电流发生变化时 线圈中要产生自感电动势阻碍电流的变化 因而使负载电流和负载电压的脉动大为减小 频率越高 电感越大 滤波效果越好 而后又经过电容滤波 使输出电压更为平直 12 3直流稳压电源 12 3 1稳压管稳压电路 引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化 下面分析在这两种情况下的稳压作用 1 当交流电源电压增加而使整流输出电压UI随着增加时 负载电压Uo也要增加 Uo即为稳压管两端的反向电压 当负载电压Uo稍有增加时 稳压管的电流IZ就显著增加 因此限流电阻R上的压降增加 以抵偿UI的增加 从而使Uo保持近似不变 2 当电源电压保持不变 而负载电流增大时 电阻R上的压降增大 负载电压Uo因而下降 只要Uo下降一点 稳压管电流IZ就显著减小 使通过电阻R的电流和电阻上的压降保持近似不变 因此负载电压Uo也就近似稳定不变 选择稳压管时一般取UZ Uo UI 2 3 Uo 例12 3 1 有一稳压管稳压电路 负载电阻RL由开路变到3k 交流电压经整流滤波后得出UI 30V 今要求输出直流电压UO 12V 试选择稳压管DZ 解 根据输出电压UO 12V的要求 负载电流最大值 可选择稳压管2CW60 其稳定电压UZ 11 5 12 5 V 其稳定电流IZ 5mA 最大稳定电流IZM 19mA 12 3 2集成稳压电源 本节主要介绍W7800系列 输出正电压 和W7900系列 输出负电压 它们的电路符号如下图所示 这种稳压器只有输入端 输出端和公共端三个引出端 故也称为三端集成稳压器 W7800系列1为输入端 2为输出端 3为公共端 W7900系列3为输入端 2为输出端 1为公共端 W7800系列输出固定的正电压有5V 8V 12V 15V 18V 24V多种 例如W7812的输出电压为12V W7900系列输出固定负电压 其参数与W7800基本相同 下图给出了三端集成稳压器的接线方法 Ci用以抵消输入端较长接线的电感效应 防止产生自激振荡 Ci一般在0 1 1 F之间Co是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动 Co可取1 F 三端集成稳压器的几种应用电路 1 同时输出正 负电压的电路 2 提高输出电压的电路 输出电压UO U UZ 3 扩大输出电流的电路 可采用外接功率管T的方法来扩大输出电流 一般I3很小 可忽略不计 则可得出 设 10 UBE 0 3V R 0 5 I2 1A 由上式可算出IC 4A 输出电流IO I2 IC 5A 比I2扩大了 4 输出电压可调的电路 可见移动电位器滑动端 改变电阻R2和R1的比值 便可调节输出电压UO的大小 12 4晶闸管和可控整流电路 12 4 1晶闸管 A G K 结构 1 基本结构 晶闸管是具有三个PN节的四层结构 引出的三个电极分别为阳极A 阴极K和控制极 或称门极 G 2 工作原理 可用下面的实验来说明晶闸管的工作原理 1 晶闸管导通 灯亮 必须同时具备两个条件 第一 在阳极与阴极之间加正向电压 第二 控制极和阴极之间也要加正向电压 实际上加正触发脉冲 2 晶闸管导通后 断开控制极 图 b 所示 晶闸管继续导通 即晶闸管一旦导通后 控制极就失去控制作用 这对普通晶闸管而言 3 要使从导通转为阻断 截止 必须切断阳极电源 或在阳极与阴极之间加反向电压 或将电流减小到某一数值 维持电流IH 以下 3 伏安特性 从正向特性看 当UA UBO时 晶闸管处于阻断状态 只有很小的漏电流通过 当UA增大到某一数值时 晶闸管由阻断状态突然导通 这时所对应的电压称为正向转折电压UBO IG越大 UBO越低 晶闸管导通后 就有较大电流通过 但管压降只有1V左右 从反向特性看 晶闸管处于阻断状态 只有很小的反向漏电流通过 当反向电压增大到某一数值时 使晶闸管反向导通 击穿 所对应的电压称为反向转折电压UBR 晶闸管的型号及其含义如下 KP 导通时平均电压组别 小于100A不标 共9级 用A 1字母表示0 4 1 2V 额定电压 用其百位数或千位数表示 额定正向平均电流 A 普通型 晶闸管 单相半控桥式整流电路 ug t t uO 12 4 2可控整流电路 导通角 iO t O u2 O O 2 3 T1 D2导通 T1 D2导通 T2 D1导通 控制角 又称移相角 在u的正半周 T1和D2承受正向电压 这时如对引入触发脉冲ug 则T1和D2导通 而T2和D1截止 在u的负半周 T2和D1导通 T1和D2截止 整流输出电压的平均值可以用控制角表示 即 显然 导通角 越大 控制角 越小 输出电压越高 晶闸管所需的触发脉冲由专门的触发电路提供 例12 4 1 有一纯电阻负载 需要可调的直流电源 电压UO 0 180V 电流IO 0 6A 现采用单相半控桥式整流电路 试求交流电压